例談初中生物探究性實驗的綜合復(fù)習(xí)

江蘇省蘇州市第十六中學(xué)校 王麗娜

例談初中生物探究性實驗的綜合復(fù)習(xí)

江蘇省蘇州市第十六中學(xué)校 王麗娜

【摘 要】

【關(guān)鍵詞】

初中生物 綜合復(fù)習(xí) 探究實驗 實驗設(shè)計

最近下發(fā)的《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)（征求意見稿）》指出：“學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)，是指學(xué)生應(yīng)具備的、能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，綜合表現(xiàn)為9大素養(yǎng)。”就科學(xué)精神而言，又細(xì)化為崇尚真知、理性思維和勇于探究三項素養(yǎng)，其內(nèi)涵與《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》提出的“倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)”理念是一脈相承的。在初中生物四冊教材中編排有20多個探究實驗，這充分體現(xiàn)了培養(yǎng)學(xué)生勇于探究的科學(xué)精神在生物課程中的核心地位。在二年生物課程結(jié)束時，為評價學(xué)生是否達(dá)到新課標(biāo)提出的三維課程目標(biāo)，全市安排有一次會考。鑒于探究性實驗是必考內(nèi)容，所以筆者在會考復(fù)習(xí)階段設(shè)計并開設(shè)了《探究性實驗的綜合復(fù)習(xí)》課，旨在進一步提升學(xué)生的生物科學(xué)探究能力，在探索會考專題復(fù)習(xí)有效教學(xué)模式的同時，也為以后的生物新課程教學(xué)積累經(jīng)驗。

1.教材與學(xué)情分析

學(xué)生進入初中后首次接觸的一個完整的科學(xué)探究活動就是“嘗試探究水溫的變化對金魚呼吸的影響”。雖然學(xué)生在二年學(xué)習(xí)中經(jīng)常有一些探究性學(xué)習(xí)活動，但因教學(xué)課時的限制和訓(xùn)練側(cè)重點的不同，常常在探究步驟上會作些簡化和改革，所以很多是屬于非典型性探究性學(xué)習(xí)活動。針對大部分學(xué)生在制訂實驗計劃環(huán)節(jié)仍有許多困惑，所以在會考復(fù)習(xí)緊扣教材理念的指導(dǎo)下，仍從首次接觸的探究實驗著手，安排一次探究性實驗的綜合復(fù)習(xí)課。

2.復(fù)習(xí)課目標(biāo)

2.1知識目標(biāo)

鞏固生物科學(xué)探究一般步驟的知識；增強對生物與環(huán)境辯證關(guān)系的認(rèn)識。

2.2能力目標(biāo)

進一步發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力。側(cè)重于①識別實驗變量；②區(qū)分實驗組和對照組；③設(shè)計簡單對照實驗的能力。

2.3情感態(tài)度與價值觀目標(biāo)

鼓勵學(xué)生勇于探索生命的奧秘，培養(yǎng)實事求是的科學(xué)態(tài)度、百折不撓的探索精神和敢于創(chuàng)新的意識。

3.教學(xué)思路

受《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》的啟發(fā)，結(jié)合學(xué)生實際情況，綜合復(fù)習(xí)課主攻制訂計劃這個重難點。具體措施是引入和理清三類變量的關(guān)系圖（見圖1），形成制訂計劃的方法模型，并利用此模型設(shè)計簡單的對照實驗、實施計劃、得出結(jié)論、分享交流。

4.實驗器材

澄清石灰水、BTB溶液、四支試管、兩根吸管、稀碘液、玉米粒縱切。

5.復(fù)習(xí)課的過程與方法

導(dǎo)入：相信同學(xué)們對升入初中后的第一個生物科學(xué)探究活動還記憶猶新。誰來說說是什么內(nèi)容？生答：嘗試探究水溫的變化對金魚呼吸的影響。很好！還記得你們合作學(xué)習(xí)小組設(shè)計的實驗計劃嗎？生答：不清楚了。這不怪大家，畢竟時間長了。但我們能這樣帶著困惑結(jié)束初中的生物學(xué)習(xí)嗎？生答：不能。所以今天我們一起對這個探究實驗進行綜合復(fù)習(xí)，相信我們會有新的發(fā)現(xiàn)和收獲。

5.1突破知識目標(biāo)

典型的生物探究實驗包括哪些步驟？在互動對話中引導(dǎo)學(xué)生回憶探究性實驗的6個基本步驟。同時依據(jù)科學(xué)精神核心素養(yǎng)的最新要求，根據(jù)新課標(biāo)強調(diào)的探究性學(xué)習(xí)不是學(xué)習(xí)活動的全部，筆者舉例說明了生物探究活動中的非典型性模式，以引導(dǎo)學(xué)生進行個性化的探究活動。但本課的重點我們?nèi)苑旁谔骄啃詫嶒灥牡湫湍Ｊ缴?。筆者設(shè)計了以下兩個問題情境啟發(fā)學(xué)生思考：①當(dāng)實驗結(jié)果與預(yù)期相同時就可放心得出結(jié)論嗎？（否，應(yīng)重復(fù)多次使實驗避免偶然性，以符合平行重復(fù)原則，我們分組進行同一實驗，最后交流共享就是進行了平行重復(fù)。）②當(dāng)實驗結(jié)果與預(yù)期不同時應(yīng)怎么處理？（應(yīng)尊重事實，嘗試分析出現(xiàn)問題的可能性，重新審視前四個步驟，修改后再實驗，以符合實事求是的科學(xué)性原則。）

5.2突破能力目標(biāo)

5.2.1提出問題

首先引導(dǎo)學(xué)生識別實驗變量。實驗變量是指實驗中由實驗者根據(jù)實驗?zāi)康乃芯坎倏v的因素或條件。從“探究水溫的變化對金魚呼吸的影響”這個實驗名稱中你能識別什么是實驗變量嗎？答案是水溫，即要“探究什么”，則“什么”就是實驗變量。接著結(jié)合學(xué)案習(xí)題進行鞏固拓展：①為探究光對鼠婦生活的影響……，實驗變量是（ ）；②……作出假設(shè)：種子的萌發(fā)需要水。實驗變量是（ ）；③……得出結(jié)論：酸雨對植物的生長有影響。實驗變量是（ ）；④學(xué)習(xí)了非生物因素對生物的影響后，某組同學(xué)選擇鼠婦作為實驗材料開展研究，步驟如下：……瓷盤一側(cè)用不透光的塑料板蓋上，另一側(cè)用透明的塑料板蓋上……實驗變量是（ ）。最后引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出，實驗變量可從探究實驗的各個步驟中分析得出。

再轉(zhuǎn)入提出問題。既然實驗變量是水溫，那么如何檢測不同水溫對金魚呼吸的影響呢？用每分鐘的呼吸即“呼吸頻率”來檢測，外形可觀察每分鐘鰓蓋開閉的次數(shù)。我們把實驗中由于實驗變量而引起的變化和結(jié)果稱為反應(yīng)變量。你能嘗試提出問題嗎？鑒于學(xué)生提出的問題往往缺乏指向性，所以教師要引導(dǎo)學(xué)生提出具體明確的問題。具體可根據(jù)實驗變量與反應(yīng)變量的關(guān)系提出三個方向的問題。

①正相關(guān)：（實驗變量）能促進（反應(yīng)變量）嗎？水溫升高會使金魚呼吸頻率增加嗎？

②負(fù)相關(guān)：（實驗變量）能抑制（反應(yīng)變量）嗎？水溫升高會使金魚呼吸頻率減少嗎？

③無關(guān)：（實驗變量）與（反應(yīng)變量）無關(guān)嗎？水溫變化與金魚呼吸頻率無關(guān)嗎？

5.2.2作出假設(shè)

引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出，只要將疑問句式改為陳述句式即可作出假設(shè)。

①正相關(guān)：實驗變量能促進反應(yīng)變量。水溫升高會使金魚呼吸頻率增加。

②負(fù)相關(guān)：實驗變量能抑制反應(yīng)變量。水溫升高會使金魚呼吸頻率減少。

③無關(guān)：實驗變量與反應(yīng)變量無關(guān)。水溫變化與金魚呼吸頻率無關(guān)。

5.2.3制訂計劃

（1）建構(gòu)制訂計劃的方法模型。復(fù)習(xí)中教師一定要強調(diào)教材中的實驗方案不是唯一的方案，每個學(xué)生都可遷移知識通過理性思考制訂出自己個性化的、邏輯清晰的實驗計劃，這才是自己終身發(fā)展所必須的能力，也是脫離教材后在會考中取得好成績的必備能力。以下是筆者和學(xué)生一起建構(gòu)制訂計劃的方法模型中的具體思路。

先明確三類變量的相互關(guān)系。實驗變量（水溫）和反應(yīng)變量（呼吸頻率）間有因果關(guān)系。通常實驗變量是原因，反應(yīng)變量是結(jié)果。實驗者希望操縱實驗變量發(fā)生改變，然后檢測反應(yīng)變量，以用來解釋這種前因后果關(guān)系。在該例中，金魚會受到生物和非生物兩類因素的影響。鼓勵學(xué)生發(fā)散思維歸納出影響金魚呼吸頻率的其他因素，如水的來源、體積，光照、時間、外界聲音，魚的品種、體型、健康狀況，燒杯的規(guī)格、清潔程度，人的聲音、動作等。但這些都不是本次實驗要探究的。我們把實驗中除實驗變量以外的影響實驗變化和結(jié)果的因素或條件稱為無關(guān)變量。生物探究實驗要千方百計控制無關(guān)變量，突出實驗變量，創(chuàng)設(shè)“沒有干擾”的實驗環(huán)境。復(fù)習(xí)中教師要為學(xué)生進行實驗設(shè)計提供方法和策略的有效指導(dǎo)，以提高學(xué)生思維的流暢性和邏輯性。具體應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生如何操縱好實驗變量，如何運用正確的方法檢測反應(yīng)變量，同時如何控制好無關(guān)變量，排除干擾。筆者構(gòu)建的用于指導(dǎo)學(xué)生制訂實驗計劃的方法模型可參考圖1。圖左側(cè)是探究實驗的步驟，中間是三類變量，右側(cè)是制訂計劃的內(nèi)容。

（2）區(qū)分實驗組和對照組。過渡：制訂計劃的邏輯思路清晰了，接下來就要解決如何操縱實驗變量。一般有兩種方法：①如果該實驗變量是自然狀態(tài)下有的，則用“減法”處理；②如果該實驗變量自然狀態(tài)下沒有，則用“加法”處理。在具體應(yīng)用時還應(yīng)考慮“加”或“減”的梯度，以更好地展示變化的趨勢。據(jù)此可把實驗對象分成實驗組和對照組，不施加實驗變量的自然狀態(tài)下生活的小組稱為對照組，接受實驗變量處理的小組稱為實驗組。在該探究實驗中，常溫下生活的金魚為對照組，溫度升高或降低5℃下生活的金魚就是實驗組。最后結(jié)合學(xué)案習(xí)題，強化練習(xí)區(qū)分實驗組和對照組。

（3）根據(jù)方法模型設(shè)計實驗。首先，設(shè)計簡單的對照實驗。該環(huán)節(jié)要求學(xué)生根據(jù)學(xué)案上的3個探究主題，選擇1個主題和相應(yīng)器材，設(shè)計簡單的對照實驗：①探究二氧化碳對澄清石灰水的影響；②探究二氧化碳對BTB溶液的影響；③探究玉米粒內(nèi)部淀粉的位置。學(xué)生按方法模型，表達(dá)操縱實驗變量、檢測反應(yīng)變量、控制無關(guān)變量。

其次，學(xué)生表達(dá)自己設(shè)計的對照實驗。

①中實驗變量是二氧化碳，反應(yīng)變量是澄清石灰水的變色情況。取兩潔凈試管裝入相同來源濃度體積的澄清石灰水，對照組不做任何處理，實驗組用吸管吹入呼出的氣體，觀察比較兩試管內(nèi)石灰水的顏色。

②中實驗變量是二氧化碳，反應(yīng)變量是藍(lán)色BTB溶液的變色情況。兩個潔凈試管裝入相同來源濃度體積的藍(lán)色的BTB溶液，對照組不做任何處理，用吸管向?qū)嶒灲M內(nèi)吹入呼出的氣體，比較觀察兩個試管內(nèi)藍(lán)色的BTB溶液的顏色。

③中實驗變量是淀粉，反應(yīng)變量是玉米?？v切面的變色情況。取3個玉米?？v切，在其縱切面滴上稀碘液，過一段時間后觀察玉米縱切面的變色情況。

結(jié)果大多學(xué)生可識別出實驗變量和反應(yīng)變量，并設(shè)計簡單的對照實驗，但又出現(xiàn)一個明顯的問題：許多學(xué)生忽略了平行重復(fù)原則，沒有設(shè)計重復(fù)實驗。提示學(xué)生們除可在自己小組內(nèi)進行重復(fù)實驗外，也可把全班6個組的實驗作為重復(fù)實驗，以避免偶然性，排除無關(guān)變量的干擾。

5.2.4實施計劃

學(xué)生根據(jù)自己的設(shè)計實施計劃，觀察實驗現(xiàn)象。除可利用表格記錄數(shù)據(jù)外，還可利用坐標(biāo)曲線統(tǒng)計，以使自己的數(shù)據(jù)表達(dá)一目了然。

5.2.5得出結(jié)論

學(xué)生根據(jù)觀察到的實驗現(xiàn)象得出結(jié)論。如果是測量的數(shù)據(jù)，則要算出平均值后再得出結(jié)論。

①中對照組石灰水仍然澄清，實驗組石灰水變白色渾濁。結(jié)論：二氧化碳會使澄清石灰水變白色渾濁。②中對照組BTB溶液仍然藍(lán)色，實驗組BTB溶液由藍(lán)色變黃綠色。結(jié)論：二氧化碳會使BTB溶液由藍(lán)色變黃綠色。③中玉米縱剖面含淀粉的胚乳變藍(lán)黑色，不含淀粉的呈現(xiàn)稀碘液的淡棕色。結(jié)論：玉米?？v切面變藍(lán)黑色的一部分含有淀粉。

5.2.6交流表達(dá)

這部分內(nèi)容已貫串在探究實驗的復(fù)習(xí)過程中，復(fù)習(xí)課不再另行組織。

5.3實現(xiàn)情感態(tài)度與價值觀目標(biāo)

根據(jù)寓教育于教學(xué)中的原則，該目標(biāo)的實現(xiàn)擬融入師生互動對話過程中。整個復(fù)習(xí)進程都是在平等、民主、互動、和諧的氛圍中進行，教師以自己對課堂生成資源的智慧利用啟發(fā)學(xué)生通過理性思考，發(fā)現(xiàn)探究實驗學(xué)習(xí)的一般規(guī)律。

6.復(fù)習(xí)課的教學(xué)反思

本課的創(chuàng)新處在于：①針對生物探究實驗開設(shè)綜合復(fù)習(xí)課。②清晰分辨三類變量。③建構(gòu)制訂計劃的方法模型。綜合復(fù)習(xí)教學(xué)應(yīng)充分展示邏輯思維過程，引導(dǎo)學(xué)生在個案分析中總結(jié)規(guī)律，在解答學(xué)案習(xí)題中鞏固復(fù)習(xí)內(nèi)容，在新舊知識的比較遷移中提升能力。從“雙基”到三維目標(biāo)，再到核心素養(yǎng)發(fā)展，這體現(xiàn)了教書育人的三個不同階段，即從1.0版到2.0版再到3.0版。復(fù)習(xí)課并不是簡單的回顧和重復(fù)，也不是以單純的做習(xí)題來應(yīng)對會考，而是核心素養(yǎng)的提升和教師教學(xué)智慧的發(fā)展。初中畢業(yè)后，學(xué)生也許會淡忘玉米?？v切面具體哪個部位含有淀粉，但只要他能運用學(xué)到的方法進行鑒別，這就是我們要給學(xué)生留下的能伴隨他們一生的素養(yǎng)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】教育部.義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)【S】.北京:北京師范大學(xué)出版社，2011

【2】史家幸.控制變量法在生物實驗設(shè)計中的應(yīng)用【J】.中學(xué)生物學(xué)，2005（4）

結(jié)合初中生物探究性實驗的綜合復(fù)習(xí)，以“嘗試探究水溫的變化對金魚呼吸的影響”為線索，以學(xué)案習(xí)題為引導(dǎo)，就鞏固生物探究實驗的基本步驟，突破制訂計劃這個重難點，建構(gòu)制訂計劃的方法模型作探討。通過反思總結(jié)會考專題復(fù)習(xí)的有效教學(xué)模式，為今后生物新課程教學(xué)積累經(jīng)驗。